CN114050336A - 电池 - Google Patents

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CN114050336A CN202111542585.6A CN202111542585A CN114050336A CN 114050336 A CN114050336 A CN 114050336A CN 202111542585 A CN202111542585 A CN 202111542585A CN 114050336 A CN114050336 A CN 114050336A
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杨帆
张健
谢孔岩
彭冲
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Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
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Abstract

本申请提供一种电池，该电池包括包括第一极片、第二极片、控制单元、连接于第一极片上的第一极耳和第二极耳，以及连接于第二极片上的第三极耳；第一极片和第二极片的极性相反；控制单元包括充电控制电路和加热控制电路；在电池接入外部电源的情况下，加热控制电路用于：当电池的温度小于第一温度阈值时，加热控制电路导通第一极耳、第一极片、第二极耳，以对电池加热；在电池接入外部电源的情况下，充电控制电路用于：当电池的温度大于等于第一温度阈值时，对电池进行充电；其中，充电控制电路与第三极耳连接，同时与第一极耳和第二极耳中的至少一个连接。该电池有效的解决了电池在低温下存在充电速度慢、长时间容易析锂、容量衰减的问题。

Description

电池
技术领域
本申请实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池。
背景技术
如今锂离子电池的应用日益广泛，应用场合日益增多，但是锂离子电池在较低温度下的使用会存在一些问题，包括容量衰减，充放电效率降低，甚至有可能引起负极位置析出金属锂等问题。
在相关技术中，对于电池在低温下存在充电速度慢、长时间容易析锂的问题具有多种解决方案，例如，自放热法加热；双向脉冲加热，即将电池的包(pack)分为两组等容量的电池，电量在两组电池之间进行交换，利用内阻进行加热；交流电加热，即利用交流电对电池进行加热以及电池驱动电热丝并配合风扇进行加热等。
然而，上述解决方案均不能较好的解决电池在低温下存在充电速度慢、长时间容易析锂的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种电池，用以解决电池在低温下存在充电速度慢、长时间容易析锂、容量衰减的技术问题。
本申请实施例为解决上述技术问题提供如下技术方案：
本申请实施例提供了一种电池，包括第一极片、第二极片、控制单元、连接于所述第一极片上的第一极耳和第二极耳，以及连接于所述第二极片上的第三极耳；
所述第一极片和所述第二极片的极性相反；
所述控制单元包括充电控制电路和加热控制电路；
在电池接入外部电源的情况下，所述加热控制电路用于：当所述电池的温度小于第一温度阈值时，加热控制电路导通第一极耳、第一极片、第二极耳，以使通入所述电池的电流流经加热控制电路、第一极耳、第一极片和第二极耳，以对所述电池加热，以使电池处于加热状态；
在电池接入外部电源的情况下，充电控制电路用于：当所述电池的温度大于等于第一温度阈值时，对所述电池进行充电；
其中，充电控制电路与第三极耳连接，同时与第一极耳和第二极耳中的至少一个连接。
本申请实施例的有益效果是：本申请实施例提供的电池在第一极片上设置第一极耳和第二极耳，在电池温度小于第一温度阈值时，加热控制电路导通第一极耳、第一极片和第二极耳，以使通入所述电池的电流流经第一极耳、第一极片和第二极耳，此时，电池不充电而是通过第一极耳、第一极片和第二极耳通电产生欧姆热来对电池进行加热，以使电池的温度升高；当电池温度升至大于等于第一温度阈值时，加热控制电路导通第一极片和第二极片以使电池充电，本申请实施例提供的电池能够在低温时利用第一极耳、第一极片和第二极耳通电产生欧姆热对电池首先加热升温，加热升温至电池内温度达到充电温度时再对电池进行充电，有效的解决了电池在低温下存在充电速度慢、长时间容易析锂、容量衰减的问题，并且本申请的电池可以在极短时间内对电芯进行均匀的加热，加热效率高、效果好，对电池自身性能不产生影响，生产加工方式简单。
在一种可能的实施方式中，第一温度阈值为5-20℃。
在一种可能的实施方式中，控制单元包括检测子单元和与所述检测子单元连接的温度传感器；
所述检测子单元用于接收温度传感器检测的电池温度并将所述电池温度反馈至所述控制单元；
控制单元，根据所述检测子单元反馈的电池温度，判断所述电池温度小于第一温度阈值；或者大于等于第一温度阈值。
在一种可能的实施方式中，在电池处于加热状态的情况下，所述控制单元判断所述电池温度大于等于第一温度阈值时，所述控制单元断开所述加热控制电路，导通所述充电控制电路。
在一种可能的实施方式中，所述温度传感器用于采集所述极耳的温度和/或所述电池表面的温度。
在一种可能的实施方式中，所述控制单元还用于获取电池容量；
当获取的电池容量大于等于第一容量阈值时，所述控制单元断开所述充电控制电路和加热控制电路。
在一种可能的实施方式中，所述第一容量阈值为95-100％。
在一种可能的实施方式中，所述第一极耳和所述第二极耳之间的电阻大于等于4毫欧。
在一种可能的实施方式中，所述第一极耳与所述第一极片的连接位置处的电阻和所述第二极耳与所述第一极片连接位置处的电阻之和为R1；
所述第一极耳和所述第二极耳之间的电阻为R，其中，R1/R≤40％。
在一种可能的实施方式中，所述第一极耳、第二极耳和所述第三极耳在所述电池的厚度方向上的投影均不重合。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为实施例1中电池的示意图；
图2为实施例1中电芯的截面示意图；
图3为实施例1中正极片展开的截面示意图；
图4为实施例2中电池的示意图；
图5为实施例2中电芯的截面示意图；
图6为实施例2中负极片展开的截面示意图。
附图标记说明：
100、壳体；
110、正极；120、负极；
200、电芯；
210、正极片；220、负极片；230、隔离膜；240、正极耳；250、负极耳；
211、铝箔；212、正极活性物质；
221、铜箔；222、负极活性物质；
310、预加热极耳；320、控制器；330、温度传感器；340、第一控制开关；350、第二控制开关。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
锂离子电池在低温下充电时由于电解液离子电导率降低，正负极脱嵌速率下降的因素，充电速度会大幅度的降低，甚至有可能引起负极位置金属锂的析出，对电池的寿命造成影响。在相关技术中，对于电池在低温下存在充电速度慢、长时间容易析锂的问题具有多种解决方案，例如，自放热法加热；双向脉冲加热；交流电加热以及电池驱动电热丝并配合风扇进行加热等，但是自放热法加热的效率较低，产热速率慢；交流电加热法对电池的老化和循环稳定性有影响；电池驱动电热丝并配合风扇进行加热的方法加热速率快，但是效率不够高，且内外部加热程度不均匀；而双向脉冲加热法仅适用于多电芯体系。
有鉴于此，本申请基于正极片或负极片自身具有一定的电阻率，如果在电池处于低温时能够对正极片或负极片通电，那么正极片或负极片即能够对电池进行加热，故本申请通过在正极片或负极片上设置预加热极耳实现正极片或负极片的导通，进一步的，电池内设置控制器，当电池内温度低于电池充电的设定值时，控制器控制正极片导通或负极片导通，即，当预加热极耳设在正极片上时，控制器控制电流自正极片上的正极耳进，并从正极片上的预加热极耳出实现正极片导通对电池加热；当预加热极耳设在负极片上时，控制器控制电流自预加热极耳进，并从负极片上的负极耳出实现负极片导通对电池加热；当电池内温度达到充电温度允许的范围内时，控制器控制电流自正极耳进并从负极耳出实现电池充电。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
图1为实施例1中电池的示意图；图2为实施例1中电芯的截面示意图；图3为实施例1中正极片展开的截面示意图。
如图1-3所示，本实施例提供的电池包括壳体100、设置于壳体100内的电芯200和预加热组件，电芯200包括第一极片、第二极片、第一极耳、第二极耳和第三极耳，第一极片可以为正极片也可以为负极片，对应的第二极片可以为负极片也可以为正极片，在本实施例中，第一极片为正极片210，第二极片为负极片220，第一极耳为连接于正极片上的正极耳240，第二极耳为下述的预加热极耳310，第三极耳为连接于负极片220上的负极耳，预加热极耳310连接于正极片210上，壳体100上设置有正极110和负极120，外部电源的电流自正极110流入，并自负极120流出。
如图3所示，正极片210包括铝箔211和设置于铝箔211上的正极活性物质212，如图6所示，负极片220包括铜箔221和设置于铜箔221上的负极活性物质222，由于铝箔211的电阻率大于铜箔221的电阻率，故在本申请实施例中，预加热极耳310优选的连接于正极片210上。
预加热组件包括预加热极耳310和控制单元，控制单元包括控制器320、充电控制电路、加热控制电路、检测子单元和温度传感器330，温度传感器330用于采集极耳的温度和/或电池表面的温度，温度传感器330与检测子单元通信连接，检测子单元与控制器320通信连接，检测子单元将温度传感器330检测的温度传递给控制器320，即检测子单元用于接收温度传感器检测的电池温度并将电池温度反馈至控制单元320。
正极耳240通过第一线路与正极110电连接，负极耳250通过充电控制电路与负极120电连接，预加热极耳310通过加热控制电路与负极120电连接，充电控制电路和加热控制电路与控制器320通信连接，控制器320根据温度传感器330的检测值控制充电控制电路和加热控制电路的导通情况，也就是说，控制器320根据温度传感器330的检测值控制充电控制电路导通或不导通，控制加热控制电路导通或不导通，控制器320可以控制充电控制电路导通的同时加热控制电路不导通，也可以控制加热控制电路导通的同时充电控制电路不导通，还也可以控制充电控制电路和加热控制电路同时导通或同时不导通，当然在本申请实施例中，不设定控制充电控制电路和加热控制电路同时导通的情况，不过其也可以根据需要设定，在此不做限定。
在本申请的实施例中，温度传感器330可以设置于电芯200表面、电芯200内部或者壳体100内，在本申请实施例中，温度传感器330的具体位置不做具体限定。
在本申请的一些实施例中，当本申请实施例中的电池安装于手机、平板等电子设备中时，温度传感器330也可以与手机、平板等电子设备中的温度传感器共用一个温度传感器，即手机、平板等电子设备中的温度传感器作为本申请实施例中的温度传感器330，本申请实施例中的温度传感器330与手机、平板等电子设备中的温度传感器共用同一温度检测器检测出的温度数据。
控制器320可以单独设置，也可以设置于安装有本申请实施例中电池的电子设备的控制器上。当控制器320单独设置时，其可以位于壳体100内或者壳体100外，其具体位置在本申请实施例中不做具体限定。当本申请实施例中的电池安装于手机、平板等电子设备中时，本申请实施例中的控制器320也可以与手机、平板等电子设备中的控制器一体化设置，即在手机、平板等电子设备上的控制器上增加元器件以实现控制电池加热、充电或断电的作用。
在本实施例中，预加热组件的工作方式为：
在电池充电时，温度传感器330将检测的温度信号传递给检测子单元，检测子单元将温度传感器330检测的温度反馈至控制器320，控制器320根据所述检测子单元反馈的电池温度与第一温度阈值进行对比，控制器320根据对比结果控制充电控制电路和加热控制电路的导通情况，即：
当温度传感器330检测的温度低于第一温度阈值时，表明电池的温度过低需要先进行加热，此时，控制器320控制加热控制电路导通，而充电控制电路处于未导通状态，当加热控制电路导通时，外部电源产生的电流自正极耳240进预加热极耳310出，即电池不进行充电的过程，而是电流自正极耳240进入并经过正极片210后自预加热极耳310流出，正极片210、正极耳240和预加热极耳310均具有一定的电阻，电阻通电后的热效应使得正极片210、正极耳240和预加热极耳310共同为电池加热，从而使得电池的温度迅速均匀升高。
当温度传感器330检测的温度大于等于第一温度阈值时，控制器320控制加热控制电路断开，同时控制充电控制电路导通，也就是说，在电池处于加热状态的情况下，控制单元判断电池温度大于等于第一温度阈值时，控制单元断开加热控制电路，导通充电控制电路。此时，外部电源产生的电流自正极耳240进负极耳250出，即电池进行充电同时预加热组件停止对电芯200进行加热，由于电池在充电过程中也会有部分欧姆热和极化热的产生，电芯200的温度将始终处于较为适宜的温度区间内，故电池充电时，无需继续给电芯200加热，避免电池过热，当然也可以不切断加热控制电路，而是降低预加热组件的加热功率。
在本申请的一些实施例中，第一温度阈值为5-20℃，优选为10-15℃。
当然，在本申请的一些可能的实施例中，充电温度也可以设置为一个区间值，即当电池温度低于该区间值的最小值时，控制器320控制加热控制电路导通以对电池加热，当电池温度处于该区间值时，控制器320控制充电控制电路导通以对电池充电，当电池温度大于该区间值的最大值时，控制器320控制充电控制电路和加热控制电路同时断开，即当温度传感器330检测的温度大于该充电温度区间值的最大值时，表明此时电芯200的温度过高，此时，控制器320控制充电控制电路和加热控制电路同时断开，实现电芯200既不充电，也不加热，以此来保证电芯200的性能以及安全性，防止电池因过热而造成正极110材料过度损失，电解液消耗速度加快等不利影响。
在本申请的一些优选的实施例中，充电温度区间的设定可选为15℃～80℃，进一步优选为20℃-30℃。
在本申请的一些实施例中，也可以对低温区间进行设定，例如，-45℃～15℃，同时为保障安全性，该温度区间可以通过控制器320进行调整。
在本实施例中，电芯200还包括用于隔离正极片210和负极片220的隔离膜230，正极片210、隔离膜230和负极片220层叠后绕其中一端呈回字形卷绕，如图2所示，负极片220被隔离膜230包裹后与正极片210层叠，然后以回字形结构缠绕。当然，在本申请实施例中电芯也可以为其他形式的电芯，其内部只要设置预加热组件即在本申请实施例的保护范围内，例如，正极片、负极片为板片结构。
在本申请的一些实施例中，预加热组件还包括第一控制开关340和第二控制开关350，第一控制开关340和第二控制开关350分别与控制器320通信连接，在本实施例中，第一控制开关340设置于充电控制电路上，第二控制开关350设置于加热控制电路上，控制器320根据温度传感器330的检测值控制第一控制开关340和第二控制开关350的开闭情况，即当温度传感器330检测的温度低于阈值区间的最小值时，控制器320控制第二控制开关350闭合为电芯200加热，同时第一控制开关340处于打开状态，当温度传感器330检测的温度处于阈值区间时，控制器320控制第二控制开关350打开，第一控制开关340闭合为电芯200充电，当温度传感器330检测的温度大于阈值区间的最大值时，第一控制开关340和第二控制开关350同时打开对电芯200起到保护作用。
进一步的，第一控制开关340和第二控制开关350优选为MOS管，当然其也可选择其他具有开关功能的原件，如继电器等。
在本申请实施例的一些可能的实施例中，充电控制电路和加热控制电路直接连接到控制器320上，由控制器320直接控制充电控制电路和加热控制电路的导通情况。
在本实施例中，预加热极耳310和正极耳240分别设置于正极片210沿卷绕方向的两端，预加热极耳310和正极耳240之间的正极片210越长，则预加热极耳310和正极耳240之间对应的电阻越大，产生的欧姆热越多，进而加热效果越好，故在本实施例中，预加热极耳310和正极耳240分别设置于正极片210沿卷绕方向的两端，当然其也可以设置在正极片210上的其他位置处。
进一步的，预加热极耳310和正极耳240之间的电阻R大于等于4毫欧，进一步优选的，R≥10毫欧，因为R过小，电芯200预加热速度太慢，不能够满足目前对电池快速充电的需求，并且由于正极片210长度的限制，R也不会过大，即不会产生瞬间升温的情况。
当R＝15mΩ时，根据功率计算公式，当在正极耳240和预加热极耳310之间通入20A的恒定电流，正极片210将有P＝I2R＝6W的欧姆热功率，该产热水平足够在短时间内将小型消费类电池快速升温至适宜快速充电的温度区间。
在本申请的一些优选的实施例中，正极耳240、负极耳250和预加热极耳310均为片状结构，预加热极耳310和正极耳240在垂直于正极耳240的方向上不重合，也就是说，正极片210、隔离膜230和负极片220层叠缠绕后形成卷芯结构，卷芯结构的横截面为长圆形的回字形卷绕结构，卷芯结构的横截面的宽度方向即为电芯的厚度方向，垂直于正极耳240的方向与电芯的厚度方向相同，预加热极耳310和正极耳240在垂直于正极耳240的方向上不重合的设置能够减轻因增加极耳导致的电芯200厚度增加的情况，同时由于极耳处会产生较多的热量，此设置能够避免产热过于集中。
进一步的，预加热极耳310与正极片210连接位置处的电阻和正极耳240与正极片210连接位置处的电阻之和为R1，预加热极耳310和正极耳240之间的电阻为R，为避免极耳位置处产热集中，R1和R的关系为：R1/R≤40％。
R正比与两极耳之间极片的长度，当极片长度增加时，R呈线性增加，因此，调节加热区域以及调整加热功率可以通过调整预加热极耳310和正极耳之间的距离来实现。
更进一步的，预加热极耳310、正极耳240和负极耳250在垂直于正极耳240的方向上均不重合，也就是说，预加热极耳310、正极耳240和负极耳250在电池的厚度方向上的投影均不重合，此设置能够减轻因增加极耳导致的电芯200厚度增加的情况。
在本申请的一些优选的实施例中，为满足加热的一致性和快速性，预加热极耳310和正极耳240中心点之间的距离L与正极片210的宽度d的关系为：L≥d，优选的L≥2d。
需要指出的是，在本申请的实施例中，预加热回路中仅包含两组极耳，即正极耳240和预加热极耳310，但是本申请的实施例不限定充电回路中极耳的数量，充电回路中可以为双极耳，也可为三极耳直至N极耳，N为大于2的正整数，也就是说，在本申请的实施例中，将该正极片210和隔离膜230以及负极片220按照顺序进行卷绕后获得含有一个预加热极耳310、至少一个正极耳240和至少一个负极耳250的电芯200。
在本申请的一些实施例中，控制单元还用于获取电池容量，当获取的电池容量大于等于第一容量阈值时，控制单元断开充电控制电路和加热控制电路，在本实施例中，第一容量阈值为95-100％。
实施例2
图4为实施例2中电池的示意图；图5为实施例2中电芯的截面示意图；图6为实施例2中负极片展开的截面示意图。
如图4-6所示，本实施例中的电池与实施例1中电池的结构基本相同，不同的是：第一极片为负极片220，第二极片为正极片210，第一极耳为连接于负极片220上的负极耳250，第二极耳为预加热极耳310，第三极耳为连接于正极片210上的正极耳240，预加热极耳310连接于负极片250上，但是本实施例中预加热组件的工作原理与实施例1中预加热组件的工作原理相同。
具体的，当预加热极耳310连接于负极片220上时，正极耳240通过充电控制电路与正极110电连接，负极耳250通过第二线路与负极120电连接，预加热极耳310通过加热控制电路与正极120电连接，充电控制电路和加热控制电路分别与控制器320通信连接，控制器320根据温度传感器330的检测值控制充电控制电路和加热控制电路的导通情况。
同样，在本实施例中，温度传感器330可以设置于电芯200表面、电芯200内部或者壳体100内，在本实施例中，温度传感器330的具体位置同样不做具体限定。
在本申请的一些实施例中，当本申请实施例中的电池安装于手机、平板等电子设备中时，温度传感器330也可以与手机、平板等电子设备中的温度传感器共用一个温度传感器，即手机、平板等电子设备中的温度传感器作为本申请实施例中的温度传感器330，本申请实施例中的温度传感器330与手机、平板等电子设备中的温度传感器共用同一温度检测器检测出的温度数据。
控制器320可以单独设置，也可以设置于安装有本申请实施例中电池的电子设备的控制器上。当控制器320单独设置时，其可以位于壳体100内或者壳体100外，其具体位置在本申请实施例中不做具体限定。当本申请实施例中的电池安装于手机、平板等电子设备中时，本申请实施例中的控制器320也可以与手机、平板等电子设备中的控制器一体化设置，即在手机、平板等电子设备上的控制器上增加元器件以实现控制电池加热、充电或断电的作用。
在本实施例中，本实施例中预加热组件的工作方式与实施例1中预加热组件的工作方式相同，即：
当温度传感器330检测的温度低于第一温度阈值时，控制器320控制加热控制电路导通，而充电控制电路处于未导通状态，当加热控制电路导通时，外部电源产生的电流自预加热极耳310进负极耳250出，即电池不进行充电的过程，而是电流经过自预加热极耳310进入并经过负极片220后自负极耳250流出，进而实现对电池的加热。
当温度传感器330检测的温度大于等于第一温度阈值时，控制器320控制加热控制电路断开，同时控制充电控制电路导通，此时，外部电源产生的电流自正极耳240进负极耳250出，即电池进行充电同时预加热组件停止对电芯200进行加热，当然其也可以不切断加热控制电路，而是降低加热线路的加热功率。
同样，在本申请的一些可能的实施例中，控制器320还可以控制充电控制电路和加热控制电路同时断开，即充电温度也可以设置为一个区间值，当温度传感器330检测的温度大于该区间值的最大值时，表明此时电芯200的温度过高，此时，控制器320控制充电控制电路和加热控制电路同时断开，实现电芯200既不充电，也不加热。
在本实施例中，电芯200与实施例1中的电芯相同，均由正极片210、隔离膜230和负极片220层叠卷绕呈回字形结构。
在本实施例中，预加热组件还包括第一控制开关340和第二控制开关350，第一控制开关340和第二控制开关350分别与控制器320通信连接时，第一控制开关340设置于充电控制电路上，第二控制开关350设置于加热控制电路上，控制器320根据温度传感器330的检测值控制第一控制开关340和第二控制开关350的开闭情况，其控制方式与实施例1中的控制方式相同，在此不在赘述。
进一步的，当预加热极耳310连接于负极片220上时，预加热极耳310连接于负极片220上的结构和性能与预加热极耳310连接于正极片210上时的结构和性能相同，例如：
预加热极耳310和负极耳250分别设置于负极片220沿卷绕方向的两端。
预加热极耳310和负极耳250之间的电阻R负大于等于4毫欧。
预加热极耳310和负极耳250在垂直于负极耳250的方向上不重合。
预加热极耳310与负极片220的连接位置处的电阻和负极耳250与负极片220连接位置处的电阻之和为R2，预加热极耳310和负极耳250之间的电阻为R负，为避免极耳位置处产热集中，R1和R负的关系为：R1/R负≤40％。
预加热极耳310、正极耳240和负极耳250在垂直于负极耳250的方向上均不重合，即预加热极耳310、正极耳240和负极耳250在电池的厚度方向上的投影均不重合。
预加热极耳310和负极耳250中心点之间的距离L1与负极片220的宽度d1的关系为：L1≥d1。
上述设置的具体效果与实施例1中对应设置的效果相同，在此不再赘述。
实施例3
本实施例为一对比例，对比实施例1中的电池和对比例1中的电池在性能方面的差异。
实施例1中的电池的制作方式如下：
制备正极片：将钴酸锂(LiCoO2)、聚偏氟乙烯(PVDF)、导电炭黑(Super-P)按照97.5：1.5：1的质量比加入到分散机，添加N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂在高速搅拌下制成正极浆料，将正极浆料涂布于10μm厚的铝箔的两个表面，经过干燥、辊压分切后得到正极片。
设置正极耳：将正极耳和预加热极耳分别设置于头部第一折和尾部最后一折，使用激光焊接进行连接，正极耳和预加热极耳在卷绕后在垂直于正极耳的方向上互相不重叠。
制备负极片：将人造石墨、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、导电炭黑(Super-P)以97:2:1：1的质量比加入到分散机中，然后加入去离子水作为溶剂，高速搅拌下制成负极浆料，将负极浆料涂布于6μm厚的铜箔的两个表面，105℃干燥后经辊压获得负极片。
设置负极耳：在负极的头部第一折使用激光焊接负极耳。
将正极片、负极片和10μm厚度的隔离膜按照顺序叠放后进行卷绕，得到包含预加热极耳的卷芯。
将上述卷芯使用铝塑膜进行封装，注入碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二乙酯(DEC)：碳酸甲乙酯(EMC)，其体积比为1：1：1，然后采用1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)的电解液进行陈化。一定时间后进行化成工序，将气囊袋剪掉后进行分选等工序得到电芯，电芯的容量为4000mAh，最大充电电压为4.4V。
在电芯的合适位置焊接壳体，将正极耳连接于壳体的正极上、预加热极耳和负极耳连接于壳体的负极上，且对应连接控制器、温度传感器、第一控制开关和第二控制开关。
对比例1：
对比例1与实施例1的差异在于，对比例1无预加热组件且低温下，其充电时直接进入充电工序。
低温充电制度：将电池电压以1C放电至3.0V后放入10℃恒温箱中静置12h。实施例1中的电池首先进行加热工步，以20A的电流启动预加热组件，同时监控电池温度，当电池温度≥20℃后中断预加热组件，然后启动正常充电程序，以1C的电流对电池进行充电至截止电压，然后以4.4V的恒压充电直至充电电流≤0.05C停止；静置10min后以1C的电流放电，直到电池电压≤3.0V。重复以上的加热和充电制度，直到电池循环500次，计算电池循环结束时的容量保持率，对比例1以同样的条件进行充放电。
电池是否析锂：电池500次结束充电后，重新以1C的电流对电池进行充电至截止电压，然后以恒压充电直至充电电流≤0.05C停止，在干燥环境下对电池进行拆解，观察电池的负极表面，隔膜靠近负极一侧是否有黑灰色的析锂区域出现，其结果如表1所示。
阻抗测试：利用内阻仪测试正极耳至预加热极耳之间阻抗，以及正极耳和预加热极耳之间的正极极片的阻抗。
产热功率：产热功率根据P＝I2R，带入正极耳至预加热极耳之间的阻抗R，20A直流电流进行计算。
电芯温升速率：将温感线贴于电芯的表面，记录电芯温度上升10℃的时间，温度升高的度数/时间即为电芯的温升速率。
阻抗测试、产热功率以及电芯温升速率的检测结果如表2所示。
表1：实施例1和对比例1的性能差异
加热时间 充电时间 500次容量保持率 是否析锂
实施例1 1min 76min 87.35％ 不析锂
对比例1 / 94min 74.22％ 析锂
从表1中可知，当添加了预加热组件后，由于电池充电时温度适宜，实施例1中的电池相比于对比例1中的电池，电芯的充电时间被大大缩短，且实施例1的电池500次容量保持率远高于对比例1，经过拆解后发现，实施例1的极片和隔离膜表面无明显的析锂区域产生，外观良好，但对比例1中经拆解后可见较为明显的析锂区域产生。
表2：不同极耳位置加热功率和电芯温升速率
Figure BDA0003410513500000131
从表2中可知，当改变极片上预加热极耳和正极极耳之间的间距时，两极耳之间的阻抗R和产热功率P均线性增加，然而由于电芯的温升速率收到产热和散热的共同影响，电芯的温升速率并非随着阻抗的增加而线性增加，而是呈现边际效应。
本申请实施例的电池加工方式简单，在极短的时间内即可将电池加热到适宜充电的温度，电池内外部温度上升均匀，且对电池的影响小，不影响电池性能，且能够有效改善电池的低温快充性能，延长电池的使用寿命。
本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，包括第一极片、第二极片、控制单元、连接于所述第一极片上的第一极耳和第二极耳，以及连接于所述第二极片上的第三极耳；
所述第一极片和所述第二极片的极性相反；
所述控制单元包括充电控制电路和加热控制电路；
在电池接入外部电源的情况下，所述加热控制电路用于：当所述电池的温度小于第一温度阈值时，加热控制电路导通第一极耳、第一极片、第二极耳，以使通入所述电池的电流流经加热控制电路、第一极耳、第一极片和第二极耳，以对所述电池加热，以使电池处于加热状态；
在电池接入外部电源的情况下，充电控制电路用于：当所述电池的温度大于等于第一温度阈值时，对所述电池进行充电；
其中，充电控制电路与第三极耳连接，同时与第一极耳和第二极耳中的至少一个连接。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，第一温度阈值为5-20℃。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，控制单元包括检测子单元和与所述检测子单元连接的温度传感器；
所述检测子单元用于接收温度传感器检测的电池温度并将所述电池温度反馈至所述控制单元；
控制单元，根据所述检测子单元反馈的电池温度，判断所述电池温度小于第一温度阈值；或者大于等于第一温度阈值。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，在电池处于加热状态的情况下，所述控制单元判断所述电池温度大于等于第一温度阈值时，所述控制单元断开所述加热控制电路，导通所述充电控制电路。
5.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述温度传感器用于采集所述极耳的温度和/或所述电池表面的温度。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述控制单元还用于获取电池容量；
当获取的电池容量大于等于第一容量阈值时，所述控制单元断开所述充电控制电路和加热控制电路。
7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述第一容量阈值为95-100％。
8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一极耳和所述第二极耳之间的电阻大于等于4毫欧。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述第一极耳与所述第一极片的连接位置处的电阻和所述第二极耳与所述第一极片连接位置处的电阻之和为R1；
所述第一极耳和所述第二极耳之间的电阻为R，其中，R1/R≤40％。
10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一极耳、第二极耳和所述第三极耳在所述电池的厚度方向上的投影均不重合。
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